Uradi sam Arduino ispitivač kapaciteta baterije - V2.0: 11 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:06

Danas su posvuda lažne litijske i NiMH baterije koje se prodaju oglašavanjem većih kapaciteta od njihovog pravog kapaciteta. Stoga je zaista teško razlikovati pravu i lažnu bateriju. Slično, teško je znati koji je kapacitet zadržan u spašenim baterijama za prijenosno računalo 18650. Dakle, potreban je uređaj za mjerenje stvarnog kapaciteta baterija.

Godine 2016. napisao sam uputstvo o "Arduino Testeru kapaciteta - V1.0" koji je bio vrlo jednostavan i jednostavan uređaj. Ranija verzija bila je zasnovana na Ohmskom zakonu. Baterija koja se testira prazni se kroz fiksni otpornik, struja i vrijeme se mjere pomoću Arduina, a kapacitet se izračunava množenjem oba očitanja (struja pražnjenja i vrijeme).

Nedostatak starije verzije bio je to što se tijekom testiranja, kako se smanjuje napon baterije, smanjuje i struja što proračune čini složenim i nepreciznim. Da bih to prevladao, napravio sam V2.0 koji je dizajniran tako da struja ostane konstantna tijekom cijelog procesa pražnjenja. Napravio sam ovaj uređaj inspirirajući originalni dizajn MyVanitara

Glavne karakteristike Testera kapaciteta V2.0 su:

1. Mogu mjeriti kapacitet AA / AAA NiMh / NiCd, 18650 Li-ion, Li-Polymer i Li FePO4 baterija. Pogodan je za gotovo sve vrste baterija ispod 5V.

2. Korisnici mogu podesiti struju pražnjenja pomoću tipki.

3. OLED korisničko sučelje

4. Uređaj se može koristiti kao elektronsko opterećenje

Ažurirano 02.12.2019

Sada možete naručiti PCB i komponente zajedno u kompletu sa PCBWay -a

Odricanje odgovornosti: Imajte na umu da radite s Li-Ion baterijom koja je vrlo eksplozivna i opasna. Ne mogu se smatrati odgovornim za bilo kakav gubitak imovine, štetu ili gubitak života ako do toga dođe. Ovaj vodič je napisan za one koji poznaju punjivu litijum-jonsku tehnologiju. Molimo vas da ne pokušavate ovo ako ste početnik. Ostani siguran.

Supplies

Korištene komponente

Sada naručite PCB i sve komponente za izradu ovog projekta u kompletu sa PCBWay -a

1. PCB: PCBWay

2. Arduino Nano: Amazon / Banggood

3. Opamp LM358: Amazon / Banggood

4. OLED ekran od 0,96 : Amazon / Banggood

5. Keramički otpornik: Amazon / Banggood

6. Kondenzator 100nF: Amazon / Banggood

7. Kondenzator 220uF: Amazon / Banggood

8. Otpornici 4.7K i 1M: Amazon / Banggood

9. Pritisnite dugme: Amazon / Banggood

10. Poklopac s gumbima: Aliexpress

11. Vijčani terminal: Amazon / Banggood

12. Ploča prototipa: Amazon / Banggood

13. Odlaganje PCB-a: Amazon / Banggood

14. Heatshrink cijevi: Amazon/ Banggood

15. Hladnjak: Aliexpress

Korišteni alati

1. Lemilica: Amazon / Banggood

2. Merač stezaljki: Amazon / Banggood

3. Multimetar: Amazon / Banggood

4. Ventilator toplog zraka: Amazon / Banggood

5. Rezač žice: Amazon / Banggood

6. Skidač žice: Amazon / Banggood

Korak 1: Šematski dijagram

Cijela shema podijeljena je na sljedeće odjeljke:

1. Krug napajanja

2. Krug konstantnog strujnog opterećenja

3. Krug za mjerenje napona baterije

4. Krug korisničkog interfejsa

5. Krug zujalice

1. Krug napajanja

Krug napajanja sastoji se od istosmjernog priključka (7-9V) i dva kondenzatora filtera C1 i C2. Izlazna snaga (Vin) je spojena na Arduino pin Vin. Ovdje koristim ugrađeni regulator napona Arduino za smanjenje napona na 5V.

2. Krug konstantnog strujnog opterećenja

Osnovna komponenta kola je Op-amp LM358 koje sadrži dva operativna pojačala. PWM signal sa Arduino pina D10 filtrira se niskopropusnim filterom (R2 i C6) i dovodi do drugog operacijskog pojačala. Izlaz drugog op-pojačala spojen je na prvo op-pojačalo u konfiguraciji sljedbenika napona. Napajanje LM358 filtrira se pomoću kondenzatora za odvajanje C5.

Prvi op-amp, R1 i Q1 grade krug konstantnog strujnog opterećenja. Tako sada možemo kontrolirati struju kroz otpornik opterećenja (R1) promjenom širine impulsa PWM signala.

3. Krug za mjerenje napona baterije

Napon baterije mjeri se Arduino analognim ulaznim pinom A0. Dva kondenzatora C3 i C4 koriste se za filtriranje šumova koji dolaze iz kruga opterećenja konstantne struje što može pogoršati performanse konverzije ADC -a.

4. Krug korisničkog interfejsa

Krug korisničkog interfejsa sastoji se od dva tastera i I2C OLED ekrana od 0,96 . Tasteri za gore i dole povećavaju ili smanjuju širinu impulsa PWM. R3 i R4 su otpornici za povlačenje za gore i dole C7 i C8 koriste se za uklanjanje tastera, dok se treće dugme (RST) koristi za resetovanje Arduina.

5. Krug zujalice

Krug zujalice koristi se za upozoravanje početka i kraja testa. Zvučni signal od 5 V priključen je na Arduino digitalni pin D9.

Korak 2: Kako to funkcionira?

Teorija se temelji na usporedbi napona invertirajućeg (pin-2) i neinvertirajućeg (pin-3) ulaza OpAmpa, konfiguriranog kao pojačalo jedinstva. Kada podesite napon na neinvertirajući ulaz podešavanjem PWM signala, izlaz opampa otvara vrata MOSFET-a. Dok se MOSFET uključuje, struja prolazi kroz R1, stvara pad napona, što daje negativnu povratnu informaciju OpAmpu. On kontrolira MOSFET na takav način da su naponi na njegovim invertirajućim i neinvertirajućim ulazima jednaki. Dakle, struja kroz otpornik opterećenja proporcionalna je naponu na neinvertirajućem ulazu OpAmpa.

PWM signal iz Arduina filtrira se pomoću niskopropusnog filtarskog kruga (R2 i C1). Da bih testirao performanse PWM signala i filtarskog kruga, spojio sam svoj DSO ch-1 na ulaz i ch-2 na izlaz kruga filtera. Izlazni valni oblik je prikazan gore.

Korak 3: Mjerenje kapaciteta

Ovdje se baterija prazni do praga niskog napona (3,2 V).

Kapacitet baterije (mAh) = Struja (I) u mA x Vrijeme (T) u satima

Iz gornje jednadžbe jasno je da za izračunavanje kapaciteta baterije (mAh) moramo znati struju u mA i vrijeme u satima. Projektirani krug je krug opterećenja konstantne struje, pa struja pražnjenja ostaje konstantna tijekom cijelog perioda ispitivanja.

Struja pražnjenja može se podesiti pritiskom na tipke Gore i Dolje. Trajanje vremena mjeri se pomoću mjerača vremena u Arduino kodu.

Korak 4: Pravljenje kola

U prethodnim koracima objasnio sam funkciju svake komponente u krugu. Prije nego što skočite da napravite posljednju ploču, prvo testirajte kolo na ploči. Ako krug radi savršeno na ploči, prijeđite na lemljenje komponenti na prototipnoj ploči.

Koristio sam prototipnu ploču 7cm X 5cm.

Montaža Nano: Prvo izrežite dva reda ženskog zaglavlja sa po 15 pinova. Koristio sam dijagonalnu štipaljku za rezanje zaglavlja. Zatim zalemite igle zaglavlja. Budite sigurni da udaljenost između dvije šine odgovara Arduino nano.

Montiranje OLED ekrana: Izrežite žensko zaglavlje sa 4 igle. Zatim ga lemite kao što je prikazano na slici.

Montaža stezaljki i komponenti: Lemite preostale komponente kao što je prikazano na slikama.

Ožičenje: Ožičenje napravite prema shemi. Koristio sam žice u boji za ožičenje kako bih ih lako prepoznao.

Korak 5: OLED ekran

Za prikaz napona baterije, struje pražnjenja i kapaciteta koristio sam OLED ekran od 0,96 . Ima rezoluciju 128x64 i koristi I2C sabirnicu za komunikaciju s Arduinom. Koriste se dva pina SCL (A5), SDA (A4) u Arduino Uno za komunikaciju.

Koristim biblioteku Adafruit_SSD1306 za prikaz parametara.

Prvo morate preuzeti Adafruit_SSD1306. Zatim ga instalirao.

Veze bi trebale biti sljedeće

Arduino OLED

5V -VCC

GND GND

A4-- SDA

A5-- SCL

Korak 6: Zvučni signal za upozorenje

Za upozorenje tijekom početka i natjecanja testa koristi se piezo zujalica. Zvučni signal ima dva priključka, duži je pozitivan, a kraći krak negativan. Naljepnica na novom zujalici također ima oznaku " +" koja označava pozitivni terminal.

Kako prototipna ploča nema dovoljno mjesta za postavljanje zujalice, spojio sam zujalicu na glavnu ploču pomoću dvije žice. Za izolaciju gole veze upotrijebio sam termoskupljajuće cijevi.

Veze bi trebale biti sljedeće

Arduino Buzzer

D9 Pozitivni terminal

GND Negativni terminal

Korak 7: Montiranje držača

Nakon lemljenja i ožičenja, postavite nosače na 4 ugla. Omogućit će dovoljnu udaljenost lemnih spojeva i žica od tla.

Korak 8: Dizajn PCB -a

Shemu sam nacrtao koristeći EasyEDA mrežni softver nakon što sam prešao na raspored PCB -a.

Sve komponente koje ste dodali u shemu trebaju biti tamo, naslagane jedna na drugu, spremne za postavljanje i usmjeravanje. Povucite komponente hvatajući se za podloge. Zatim ga postavite unutar pravokutne granice.

Rasporedite sve komponente tako da ploča zauzima minimalni prostor. Što je manja veličina ploče, to će jeftiniji biti troškovi proizvodnje PCB -a. Bilo bi korisno ako ova ploča ima neke rupe za montažu kako bi se mogla montirati u kućište.

Sada morate usmjeravati. Usmjeravanje je najzabavniji dio cijelog ovog procesa. To je kao rješavanje zagonetke! Pomoću alata za praćenje potrebno je povezati sve komponente. Možete koristiti i gornji i donji sloj kako biste izbjegli preklapanje između dvije različite staze i skratili tragove.

Sloj svile možete koristiti za dodavanje teksta na ploču. Također, možemo umetnuti datoteku slike, pa dodajem sliku logotipa svoje web stranice za ispis na ploči. Na kraju, pomoću alata za područje bakra, moramo stvoriti površinu tla PCB -a.

Možete ga naručiti sa PCBWay -a.

Prijavite se na PCBWay sada da biste dobili kupon od 5 USD. To znači da je vaša prva narudžba besplatna, samo morate platiti troškove dostave.

Kada naručite, dobit ću 10% donacije od PCBWay -a za doprinos mom radu. Vaša mala pomoć može me potaknuti da ubuduće radim sjajnije poslove. Hvala vam na saradnji.

Korak 9: Sastavite PCB

Za lemljenje trebat će vam pristojno lemilica, lem, štipaljka i multimetar. Dobra je praksa lemiti komponente prema njihovoj visini. Prvo lemite komponente manje visine.

Za lemljenje komponenti možete slijediti sljedeće korake:

1. Gurnite nožice komponente kroz njihove rupe i okrenite PCB na poleđini.

2. Držite vrh lemilice za spoj jastučića i nogu komponente.

3. Umetnite lem u spoj tako da teče oko elektrode i prekriva jastučić. Nakon što je optočio svuda, odmaknite vrh.

Korak 10: Softver i biblioteke

Prvo preuzmite priloženi Arduino kod. Zatim preuzmite sljedeće biblioteke i instalirajte ih.

Biblioteke:

Preuzmite i instalirajte sljedeće biblioteke:

1. JC_Button:

2. Adafruit_SSD1306:

U kodu morate promijeniti sljedeće dvije stvari.

1. Trenutne vrijednosti niza: To se može učiniti serijskim povezivanjem multimetra s baterijom. Pritisnite gumb za gore i izmjerite struju, trenutne vrijednosti su elementi niza.

2. Vcc: Koristite multimetar za mjerenje napona na Arduino 5V pinu. U mom slučaju je 4.96V.

Ažurirano 20.11.2019

Vrijednost Low_BAT_Level u kodu možete promijeniti prema kemiji baterije. Bolje je uzeti malo više od dolje navedenog graničnog napona.

Evo stopa pražnjenja i graničnih napona za različite kemikalije litij-ionskih baterija:

1. Litij-kobalt-oksid: Granični napon = 2,5 V pri brzini pražnjenja 1C

2. Litij-mangan-oksid: Granični napon = 2,5 V pri brzini pražnjenja 1C

3. Litij-željezni fosfat: Granični napon = 2,5 V pri brzini pražnjenja 1C

4. Litijum titanat: Granični napon = 1,8 V pri brzini pražnjenja 1C

5. Litij-nikal-mangan-kobalt-oksid: Granični napon = 2,5 V pri brzini pražnjenja 1C

6. Litij-nikal-kobalt-aluminij-oksid: Granični napon = 3,0 V pri brzini pražnjenja 1C

Ažurirano 01.04.2020

jcgrabo, predložio je neke promjene u originalnom dizajnu radi poboljšanja preciznosti. Promjene su navedene u nastavku:

1. Dodajte referencu preciznosti (LM385BLP-1.2) i spojite je na A1. Tijekom postavljanja pročitajte njegovu vrijednost za koju se zna da iznosi 1,215 volti, a zatim izračunajte Vcc i na taj način uklonite potrebu za mjerenjem Vcc.

2. Zamijenite otpornik od 1 ohma 5% s otporom snage 1 ohma od 1% čime ćete smanjiti greške koje ovise o vrijednosti otpora.

3. Umjesto korištenja fiksnog skupa vrijednosti PWM -a za svaki trenutni korak (u koracima od 5), stvorite niz željenih vrijednosti struje koje su se koristile za izračunavanje potrebnih vrijednosti PWM -a kako bi se te vrijednosti postigle što je moguće bliže. Slijedio je to izračunavanjem stvarnih trenutnih vrijednosti koje će se postići izračunatim vrijednostima PWM -a.

Uzimajući u obzir gorenavedene izmjene, revidirao je kôd i podijelio ga u odjeljku za komentare. Revidirani kod je u prilogu ispod.

Hvala vam puno jcgrabo na vrijednom doprinosu mom projektu. Nadam se da će ovo poboljšanje biti korisno za mnogo više korisnika.

Korak 11: Zaključak

Da bih testirao krug, prvo sam napunio dobru bateriju Samsung 18650 koristeći ISDT C4 punjač. Zatim spojite bateriju na terminal baterije. Sada podesite struju prema vašim zahtjevima i dugo pritisnite tipku “GORE”. Tada biste trebali čuti zvučni signal i postupak ispitivanja počinje. Tokom testa ćete pratiti sve parametre na OLED ekranu. Baterija će se prazniti sve dok njen napon ne dosegne prag niskog nivoa (3,2 V). Proces testiranja završit će dva duga zvučna signala.

Napomena: Projekt je još uvijek u fazi razvoja. Možete mi se pridružiti za bilo kakva poboljšanja. Postavljajte komentare ako ima grešaka ili grešaka. Dizajniram PCB za ovaj projekt. Ostanite povezani za dodatna ažuriranja projekta.

Nadam se da je moj vodič koristan. Ako vam se sviđa, ne zaboravite podijeliti:) Pretplatite se na još DIY projekata. Hvala ti.